茶树微生物组研究进展

茶树微生物组是指与宿主茶树相关的微生物群组,按照定殖位置不同可分为根际、叶际和内生微生物。植物微生物组已成为当前研究热点之一,而茶树微生物组的研究仍显不足,有待进一步提升。因此,本文综述了近年来茶树关联性生微生物的研究进展,包括其微生物的分类、分布、生理特征及其对茶树生长和品质的影响等方面。已有研究表明,茶树根际、内生与叶际微生物具有多样的促生与生防潜力,但其作用机制仍需进一步探讨。未来的研究应关注茶树微生物组的相互作用机制、生态学特征与功能及其在茶叶生产中的应用潜力。

新工科背景下食品微生物学混合教学模式的探索与实践

微生物分布广、种类多,与人们的生产和生活息息相关。在食品领域,微生物是一把“双刃剑”,一方面,微生物菌体、代谢产物及酶类有利于食品的加工、贮藏及人与自然的可持续健康发展,如食醋、酒类、面包等的生产都需要微生物的参与;另一方面,微生物也易引起食品腐败变质、毒素污染,是引发粮食损失和食物中毒等的重要因素之一。

食品中4种致病微生物的多联PCR快速检测技术

食品安全问题一直以来都是人们关注的焦点,食品中微生物污染是导致食品安全问题的重要原因之一。常见的致病微生物包括沙门氏菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和志贺氏菌等。传统的微生物检测方法通常需要较长时间,而且灵敏度有限。因此,研究人员对快速、准确、高效的食品微生物检测技术的研究越来越重视。传统的微生物检测方法存在时间长、操作复杂和灵敏度低等问题,不能满足对快速检测的需求。PCR技术作为一种高效、准确的分子生物学方法,可以在短时间内扩增目标DNA序列。多联PCR技术即同时进行多个PCR反应,可以实现对多个目标序列的快速扩增。

基于免疫学的食品微生物检测探究——评《食品微生物学(第二版)》

微生物污染是造成食品安全问题的主要原因之一,可能会引发轻微不适或严重疾病甚至带来死亡的风险,因此对食品进行微生物监测尤为关键。基于免疫学的食品微生物检测技术能够准确检测出食品中微生物的存在,保障公众食品安全。由桑亚新和李秀婷共同编著、中国轻工业出版社出版的《食品微生物学(第二版)》一书,通过总结相关院校的开课情况,新增实验内容及补充习题,并弥补现有教材的不足之处,为食品科学与工程类学生提供了更全面的知识体系。

根际微生物增强植物对非生物和生物胁迫耐受机制综述

频繁的人类生产过程造成的土壤盐渍化、干旱、病害、重金属等不利环境,以及低温地区环境的限制,严重制约了各地区自然和社会经济的发展,伴随封山育林、植树造林等生态修复工程的大力开展和研究发现,植物因其固着性将长期面临各种生物及非生物胁迫,植物可通过改变自身的生理生化反应来响应逆境。但随着对植物响应逆境研究的不断深入,发现根际不仅是植物根系与土壤之间物质交换和能量代谢的重要界面,根际微生物的生命代谢活动还可以影响植物生长发育、新陈代谢等生理活动来帮助植物建立响应非生物和生物胁迫的抵抗和耐性机制。为了推进生态修复工程和解决人地矛盾,越来越多的科研工作者关注到干旱、盐渍、重金属、低温等地区和植物病害下根际微生物在帮助植物响应逆境过程中发挥的作用。因此本文就根际微生物增强植物耐旱、耐寒、耐盐、耐重金属、抗病害等方面的研究状况进行系统梳理,结合实例综合论述根际微生物在增强植物对非生物和生物胁迫中发挥的作用,以期为根际微生物促进农业发展和参与生态修复提供理论参考。

微生物岩土工程技术的过去、现在与未来

微生物岩土工程技术作为一种新兴的生态友好型岩土体改良加固技术,应用前景广阔。但限于理论水平和研究手段,该技术仍存在较多不足,难以实现高效固化,由此成为大规模现场应用的瓶颈。而提升固化效率的关键在于明确其作用原理和影响机制。文章梳理了微生物诱导碳酸钙沉积技术(MICP)的研究现状,系统归纳了固化原理和改良岩土体的物理力学特性,并分析得出固化效率主要受到反应物自身和外部环境两方面的影响。当前MICP技术已初步应用于土体固化、裂缝修复、防渗处理、污染修复及微生物水泥等领域,但由于矿化难以均匀、反应物不经济、微生物及脲酶活性期短且受环境干扰大、代谢产物附带毒性、现场应用性差,该技术目前主要限于实验室水平。作者分别提出了可能的突破与改进方向,并结合实验室成果指出豆粕进行菌体扩培和脲酶供给的碳源优势,以及将磷石膏作为现场钙源的环保性和经济性,以期为从事微生物岩土工程研究与技术开发的人员提供参考。

微生物燃料电池工作原理及产电性能提升策略

微生物燃料电池(MFC)是一种解决其他能源在环境方面不足的新技术,目前低能量输出是MFC实际应用的关键瓶颈。基于MFC工作原理,提出微生物活性差、电子迁移阻力、质子传输阻力及阴极还原反应缓慢是MFC能量输出的限制因素,并从以下5个方面综述了提升MFC产电性能策略:调节pH和选择最佳盐度,加强微生物代谢活性;改性阳极材料,降低电子迁移阻力;增强电解液电导率、优化隔膜材料及缩短电极间距减小质子传输阻力;制备高效阴极催化剂和选择优异电子受体加快阴极还原反应速率;改进MFC反应器构型,提高整体产电性能。未来,可在合成新型阴极催化剂、降低膜污染、优化微生物生长环境、制备优异的电极材料和改进MFC反应器配置5个方面开展重点研究。

微生物对食用菌生长发育影响的研究进展

食用菌已经成为我国继粮、油、果、蔬后的第五大种植业。食用菌作为一类大型真菌,目前主要采用纯培养技术进行栽培,然而在自然界中食用菌与各种微生物并存,并且在长期的演化中形成了复杂的相互关系,根据其对食用菌的影响,可分为有害微生物和有益微生物,常见的有害微生物包括竞争性杂菌和侵染性病原;有益微生物主要包括覆土微生物、伴生菌、生防类微生物等。在农作物生产中,人们根据土壤微生物和根际微生物的营养、促生、抗病等功能,开发出多种微生物肥料和菌剂,有效的推动了作物的优质高产,而食用菌在菌丝际微生物的研究和开发尚未起步。本文对目前关于食用菌和其他微生物之间相互关系的研究进展进行综述,旨在推动相关研究,为下一步食用菌新种类的驯化,以及高产、稳产、优质、高抗、广适和绿色生产提供新的思路。

微生物电化学技术原理及其在畜禽废弃物资源化领域的应用研究进展

畜禽养殖集约化生产过程中排放的废弃物会对当地生态环境造成巨大压力。通过硫还原地杆菌(Geobacter sulfurreducens)小分子酸代谢、奥奈达希瓦氏菌(Shewanella oneidensis)有氧无氧代谢、导电菌毛(electrically conductive pili)直接接触和电子穿梭物质介导的胞外电子传递等呼吸代谢的理论研究,明确了电活性模式微生物的中心碳代谢途径、胞外电子传递过程及主要调控机制。基于对电活性菌呼吸代谢过程的理解,已开发并优化了以微生物燃料电池、微生物电解池和电场辅助好氧堆肥为主的多种微生物电化学系统。在降低化学需氧量、温室气体排放、抗生素和耐药基因等有害物质含量的同时,提高发电效率、阴极高附加值产物和有机肥腐殖质含量。综述了微生物电化学理论的研究进展并系统介绍了微生物电化学技术在畜禽废弃物资源化方面的应用研究,以期为畜禽废弃物资源化利用工艺的多元化发展提供参考和理论支撑。

不同比例黄铁矿对嗜酸微生物-辉锑矿相互作用的影响研究

针对辉锑矿(Sb_2S_3)的嗜酸微生物溶解过程,研究不同比例黄铁矿(FeS_2)对嗜酸微生物-辉锑矿相互作用的影响。结果表明,微生物群落门水平丰度最高的为变形菌门(Proteobacteria),是主要的锑耐受菌;属水平丰度最高的为嗜酸硫杆菌属(Acidithiobacillus),是酸性矿山环境的代表性优势属。SEM-EDS结果表明,微生物作用体系中,Sb_2S_3∶FeS_2为1∶1和1∶2时,矿物残渣表面发现较多腐蚀坑及细微颗粒,且Sb_2S_3∶FeS_2为1∶1时矿物界面反应更强。XRD和XPS结果表明,FeS_2促进了嗜酸微生物对Sb_2S_3的氧化分解及硫的氧化。Tafel极化曲线和交流阻抗结果表明,Sb_2S_3∶FeS_2为1∶1时微生物作用体系腐蚀电流密度最大,电荷转移阻抗最小。结果对理解锑矿区锑的迁移转化和环境归趋,进一步促进锑污染治理技术的发展具有重要意义。

科研导向的药学专业微生物学实验课程的构建与实践

培养能够从事药物研发的创新人才是高等院校药学专业本科生教育的基本目标之一。微生物学是药学专业重要的基础课程,微生物学的理论知识和实验技能直接影响学生以后从事相关科研的能力。本文介绍结合“深海药源微生物优质菌株的发现与高产育种”研究课题,科研反哺教学,将科研思维融入微生物学实验教学,切实培养学生的动手能力与系统技能,为培养具有科研能力的药学人才提供有力的支撑。

群体感应在合成微生物群落构建中的研究进展

微生物生物合成正成为化学品绿色制造的核心技术。传统的单菌株发酵过程虽然被广泛应用,但引入复杂的生物合成路径会对细胞造成显著的代谢压力,并可能引起不同生物合成途径间的相互干扰。相比之下,在自然环境中,微生物多以群落的形式存在,并在环境修复、生物降解和物质合成等关键领域发挥着重要作用。受此启发,研究者研究开发出了合成微生物群落,通过模拟自然的共生环境,将具备不同功能的菌株整合在一起,共同完成复杂的生物合成任务。合成生物学的发展进一步促进了多种异源生物合成途径的集成,使得这些群落能够为不同的催化反应提供适宜的细胞内环境,有效减轻了单一菌株的代谢负担。然而,合成微生物群落的长期稳定性仍是工业发酵的一个重要挑战。群落内的竞争性相互作用可能会破坏群落的平衡,进而影响目标产物的合成效率。通过引入基于群体感应(quorum sensing,QS)的调控机制,可以有效地通过种间通信调节群落的代谢活动和结构,增强群落的稳定性,并提高目标产物的合成效率。本文详细介绍利用QS机制调控合成微生物群落的代谢和稳定性的设计原则、构建方法及其应用,同时探讨设计复杂、稳定、可控的共培养体系在高效生产化学品方面的应用前景和面临的挑战,并展望利用计算机模拟工具预测和控制合成微生物群落动态变化的技术动向。深入理解并应用QS机制,有望进一步提升合成微生物群落的性能,推动微生物合成技术的发展。

北京松山林地nirK型反硝化微生物群落立地及林型效应

[目的]探究北京松山林地土壤nirK型反硝化微生物群落特征及影响因子,为华北暖温带森林土壤生态系统氮循环过程和环境变化提供依据。[方法]在北京松山国家级自然保护区选择油松林、山杨林、蒙古栎林3种典型林型,分别设置3块(20 m×20 m)标准地进行调查,采集0~20 cm表层混合土样,分析土壤性质并提取土壤微生物总DNA,PCR扩增反硝化过程关键酶亚硝酸盐还原酶的编码基因nirK片段,采用第2代高通量测序分析不同林型土壤nirK型反硝化微生物群落组成和多样性,探究林型和土壤性质对反硝化微生物群落特性的影响。[结果]1)从油松林、山杨林和蒙古栎林9个土壤样本中共得到nirK基因有效序列993 401条、优质序列770 328条。3种林型土壤nirK基因共检测出7门78属,在已鉴定的微生物中各林型优势菌为变形菌门,其相对丰度在3种林型中均达50%,在油松林中最高为58.2%;优势属主要为慢生根瘤菌属、中生根瘤菌属和红假单胞菌属,总相对丰度达50%以上,其中核心菌属为慢生根瘤菌属。2) nirK型反硝化微生物α多样性分析显示,油松林Shannon(7.59±0.56)、 Simpson(0.98±0.01)、 Chao1(2 164.24±214.08)指数均显著高于山杨林(5.23±0.26、 0.89±0.02、1 650.56±136.69)和蒙古栎林(5.76±0.38、 0.93±0.02、 1 621.36±156.70)(P<0.05)。基于Bray-Curtis距离算法并采用PCoA分析显示,不同林型土壤反硝化微生物群落组间差异大于组内。3)林分因子、土壤性质与土壤反硝化微生物的冗余分析结果表明,土壤碱解氮、硝态氮和有机质等土壤性质是影响nirK型反硝化微生物群落组成的关键因子(P<0.05)。[结论]北京松山油松林、山杨林和蒙古栎林土壤nirK型反硝化微生物群落组成、多样性存在明显差异,林型与碱解氮、硝态氮和有机质等土壤性质是影响土壤nirK型反硝化微生物群落特征的重要因素。

油松人工林土壤微生物对结构调整的响应研究

[目的]为评估结构调整对油松人工林生态系统的影响,探索土壤微生物群落结构动态对结构调整干扰的响应机制。[方法]利用高通量测序技术,对结构调整后山西省中条山油松人工林林下土壤微生物的类群组成及多样性进行探究,分析土壤微生物群落的组成结构、多样性及其与环境因素的相互关系。[结果]油松人工林结构调整能够降低土壤的pH值,土壤养分含量显著低于对照样地。土壤微生物的优势菌群未发生较大的变化,土壤的优势细菌类群是变形菌门、放线菌门、酸杆菌门,而优势真菌类群为子囊菌门、担子菌门和被孢菌门。结构调整后油松人工林土壤微生物的丰富度显著增加,多样性较对照样地略有增加,但差异不显著。对结构调整前后的油松人工林微生物类群与土壤理化性质进行RDA分析,pH、总氮、土壤有机质和速效氮是驱动土壤微生物类群变化的主要因子。[结论]结构调整后的油松人工林样地仍处于恢复期,微生物类群结构与未调整样地相比具有相似性,但调整后的土壤微生物类群更为丰富,变形菌门和担子菌门的增加使得土壤中固氮菌的比例提高,土壤微生物类群向有助于有机质分解的方向转换。

微生物菌肥替代部分化肥对花椰菜产量、品质及土壤微生物的影响

于2018—2020年在甘肃省兰州市榆中县开展连续3 a的定点试验,监测微生物菌肥替代部分化肥对花椰菜产量、品质及土壤环境的影响。试验共设3个处理:A,全量化肥(当地常用化肥施用量,100%化肥);B,菌肥(60 kg·hm^(-2))+当地常用化肥施用量的60%;C,菌肥(120 kg·hm^(-2))+当地常用化肥施用量的40%。结果表明:在2018年和2020年,B处理的产量分别达到了32.41、33.61 t·hm^(-2),较同年的A处理分别显著(P<0.05)高出7.7%和2.1%;但在2019年,A处理的产量显著高于其他处理。与A处理相比,B、C处理在2019年的V C含量分别显著提高了72.2%和94.3%;B处理的花椰菜花球在2020年的硝酸盐含量显著降低了7.0%。经过3 a试验,与A处理相比,B、C处理的土壤蔗糖酶活性和有效磷含量显著升高;C处理的土壤速效钾含量显著下降,而全磷含量显著升高。较全量化肥而言,施用微生物菌肥不仅增加了有益微生物,如浮霉菌门(Planctomycetota)、放线菌门(Actinobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)和被孢霉属(Mortierella)等的相对丰度,而且降低了病原菌,如油壶菌属(Olpidium)和小壶菌属(Spizellomyces)的相对丰度,降幅分别为2.98%~42.97%、80.69%~85.31%。综上所述,用适量的微生物菌肥替代部分化肥有助于提高土壤质量,平衡微生物区系,改善高原种植区花椰菜的品质,在本试验条件下,以B处理的效果最佳。

微生物发酵床猪舍不同设施条件下空气微生物种群结构特性研究

本试验旨在研究微生物发酵床猪舍中不同设施条件下的空气微生物种群结构特性。微生物发酵床猪舍为单体大栏设计,猪舍面积2 100 m^(2),发酵床面积1 800 m^(2),垫料厚80 cm,存栏育肥猪1 500头,平均体重60 kg。试验采用自然沉降法,在自然通风、卷帘封闭30 min和湿帘-风机开启30 min条件下,取猪舍四角、中央共5个点分别采集空气微生物,鉴定微生物种类,分析猪舍空气微生物多样性。结果表明:在自然通风、卷帘封闭30 min和湿帘-风机开启30 min条件下,猪舍空气细菌数量分别为8.75×10^(3)、6.34×10^(3)、6.52×10^(3) cfu/m^(3),在自然通风条件下细菌数量显著高于其他2种条件;3种条件下的真菌数量分别为1.99×10^(3)、1.74×10^(3)、2.15×10^(3) cfu/m^(3),三者无显著差异。经鉴定,猪舍空气真菌有5个种,包括茎霉属1种,青霉属1种,黄曲霉属2种,小戴卫霉属1种;猪舍空气中细菌共有15属28种,优势种为芽孢杆菌属9个种(32.1%),其次为葡萄球菌属5个种(17.9%),棒杆菌属2个种(7.1%),克氏杆菌属、埃希氏菌属、沙雷氏菌属、节杆菌属、短短芽孢杆菌属、短杆菌属、柠檬酸杆菌属、肠杆菌属、赖氨酸芽孢杆菌属、类芽孢杆菌属、类单胞菌属和志贺氏菌属均有1个种;3种条件下,细菌的种类分别为12属25种、11属19种和8属20种,优势菌均为芽孢杆菌属,其次为葡萄球菌属和棒杆菌属;经聚类分析,猪舍空气细菌可分为4类:3株仅在卷帘封闭30 min的条件下存在,5株仅在自然通风的条件下存在,4株在自然通风和湿帘-风机开启30 min 2种条件下共有,16株在3种条件下均存在。以上结果表明,微生物发酵床猪舍在3种管理条件下的空气微生物数量差异显著,种类丰富且分布多样性与管理条件相关,猪舍总体微生物环境优于国家标准。微生物发酵床猪舍内部管理措施到位,能够有效减少空气微生物的扩散,保障良好的养殖环境。

微生物加固技术研究进展

生物加固是工程地质领域近年来发展起来的一个新分支,微生物诱导碳酸钙沉淀(microbially induced calcite precipitation,MICP)加固技术是常用的方法之一。MICP加固技术是借助自然界广泛存在的微生物,利用其代谢活动诱导产生具有胶结作用和充填作用的碳酸钙沉淀,从而达到提高土体强度、降低土体渗透性、改善土体工程性能的目的。近20年来,MICP加固技术在理论研究、模型试验及现场试验方面已取得了许多重要成果。为推进对MICP加固技术的认识及研究,文章基于MICP加固技术目前取得的研究进展,进行了文献调研与分析,系统介绍了MICP技术的加固机理及影响因素,归纳分析了MICP加固技术的应用实例,在此基础上深刻分析了MICP技术目前存在的问题和挑战。结果如下:(1)MICP的加固机理是在微生物诱导矿化作用基础上产生的碳酸钙沉淀对土体的充填作用、覆膜作用和胶结作用;(2)MICP固化效果的影响因素主要有:菌液及胶结液的性质、pH值、温度、土体类型、注入技术等,以上影响因素均可以通过影响碳酸钙的形成及胶结效果来影响MICP的固化效果;(3)MICP加固技术在土体加固、抗裂防渗、防风抗蚀、修复污染水土等方面展现出了巨大的潜力;(4)MICP加固技术目前仍存在一些问题,包括固化均匀性、土体耐久性、经济效益、环境安全与可持续性等方面,为解决这些问题,需要进一步综合微生物学、土力学、材料科学、环境科学等多个学科进行深入研究。相关探讨有助于加深对MICP加固技术的理解,推动MICP加固技术在工程地质领域的发展及应用推广。

微生物检查技术在食品安全检测中的应用——评《微生物检验与食品安全控制》

随着社会经济的发展和人们生活水平的提高,食品安全问题日益受到广泛关注。食品安全是关系到人民群众身体健康和生命安全的重大问题,而微生物污染是食品安全中的一个重要隐患。为了保障食品安全,各国都制定了相应的法规和标准,其中,微生物检验是食品安全检测的关键环节之一。如何加强微生物检查技术在食品安全检测中的应用,保障人民群众的食品安全,具有十分重要的现实意义。

基于宏基因组测序揭示不同施肥方式对茶园土壤微生物群落的季节性影响

为揭示不同施肥方式对茶园土壤微生物群落的季节性影响,采用宏基因组测序,比较分析了同一茶园习惯施肥(CF)、微生物有机肥配施控释复合肥(MC),在冬季至夏季3个时间点[11月14日(CF1、MC1)、3月1日(CF2、MC2)、5月15日(CF3、MC3)]的土壤微生物群落组成和结构。结果表明,共获得311211956条高质量测序数据和1763759个Unigenes。主成分和相关性分析表明,MC1和CF1的土壤微生物基因丰度聚为一类,其他独聚一类。不同季节,CF和MC的细菌、古菌、真菌分别占微生物总数的88%~89%、0.8%~2.0%、0.02%~0.10%;古菌数量逐渐增加,真菌数量先增加后降低。CF2、CF3的古菌数量分别高于MC2、MC3,而真菌数量相反;CF2、CF3的细菌、真菌丰度分别显著低于MC2、MC3,古菌丰度相反。MC1、MC2、MC3之间的细菌、古菌、真菌丰度存在显著差异,而CF1与CF3的真菌丰度接近。相较于CF,MC提高了土壤细菌中的变形菌门、放线菌门、芽单胞菌门、绿弯菌门、拟杆菌门、硝化螺旋菌门、装甲菌门相对丰度,降低了酸杆菌门、疣微菌门、浮霉菌门相对丰度;提高了古菌中的奇古菌门相对丰度,降低了广古菌门、泉古菌门、深古菌门相对丰度;提高了真菌中的毛霉门、捕虫霉门、隐真菌门相对丰度,降低了担子菌门相对丰度。总体上,CF和MC优势细菌门、优势古菌门、优势真菌门相对丰度的季节性变化趋势存在一定差异。茶园土壤微生物群落组成和结构呈现一定的季节性、施肥方式性变化规律;微生物有机肥配施控释复合肥可以提高土壤细菌丰度、真菌数量和丰度,降低古菌数量和丰度,改变土壤优势菌群的组成,为充分利用微生物资源、提高茶树养分利用率等提供了理论依据。

基于GBDT模型的医院室内空气微生物浓度预测

目的探究基于实时室内空气环境监测数据与机器学习算法的医院室内空气微生物浓度预测。方法选取2022年5月23日—6月5日某院四个位置为监测采样点,采用物联网传感器实时监测多种空气环境数据,匹配各点位采集的空气微生物浓度数据,使用梯度提升树算法(GBDT)对医院室内空气微生物浓度进行实时预测,并选取其他五种常见的机器学习模型进行比较,对比模型包括随机森林(RF)、决策树(DT)、最近邻(KNN)、线性回归(LR)和人工神经网络(ANN)。最后通过平均绝对误差(MAE)、均方根误差(RMSE)和平均绝对百分比误差(MAPE)三个指标验证模型的有效性。结果GBDT模型在门诊电梯间(A点)、支气管镜诊间(B点)、CT候诊区(C点)和供应室护士站(D点)的MAPE值分别为22.49%、36.28%、29.34%、26.43%,GBDT模型在三个采样点的平均性能高于其他机器学习模型,仅在一个采样点略低于ANN模型。GBDT模型在四个点位的平均MAPE值为28.64%,即预测值偏离实际值28.64%,说明GBDT模型预测结果较好,预测值在可用范围内。结论基于实时室内空气环境监测数据的GBDT机器学习模型能够提高医院室内空气微生物浓度预测精度。